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Composition d'un atome

Dans le Guide du routard galactique de Douglas Adams, le narrateur dit :

Il existe une théorie selon laquelle si quelqu'un découvre un jour à quoi sert exactement l'Univers et pourquoi il est là, il disparaîtra instantanément et sera remplacé par quelque chose d'encore plus bizarre et inexplicable. Une autre théorie est mentionnée, qui affirme que cela s'est déjà produit.

Cette théorie décrit parfaitement les sciences naturelles. Lorsque nous pensons avoir compris quelque chose, nous commençons bientôt à voir les trous dans la théorie que nous avions ; de nouvelles choses peuvent être comprises à partir de là. Vers la fin du 19e siècle, la même chose est arrivée à la physique, que les penseurs de l'époque croyaient "faite" et "achevée".

En 1897, J. J. Thomson découvre que l'élément fondamental de tout, l'atome "indivisible", est en fait divisible: Il a remarqué des électrons. De nombreux autres scientifiques ont contribué et fait des observations sur toutes les particules subatomiques : protons, neutrons et électrons.

  • Nous allons explorer ensemble la composition d'un atome.
  • Nous examinerons les différentes particules subatomiques.
  • À la fin, tu devras être en mesure de répondre à la question importante suivante : Pourquoi des atomes différents se comportent-ils différemment alors qu'ils sont constitués des mêmes trois composants ?

Composition du noyau d'un atome

Les atomes sont les plus petites particules qui caractérisent encore un élément chimique. Les atomes ont deux parties : un noyau (construit à partir de protons et de neutrons) et une enveloppe électronique contenant des électrons chargés négativement.

Démocrite, le philosophe grec de l'Antiquité, a créé la première théorie des atomes vers 400 avant J.-C. (approximativement). Il affirmait que tout était construit à partir de particules indivisibles (atomos en grec). Des choses différentes, comme les arbres et les animaux, en contenaient simplement des quantités différentes. Pendant les quelque 2000 ans qui ont suivi, personne ne s'est vraiment intéressé aux atomes.

En 1808, Dalton a publié une nouvelle théorie atomique. À cette époque, les atomes étaient des boules indivisibles de tailles différentes pour chaque "matière". En 1897, Thomson est arrivé ; maintenant, les atomes n'étaient plus d'une seule pièce. Ils avaient 2, et plus tard 3 pièces (proton, neutron, électron).

En 1913, Niels Bohr a élaboré une théorie atomique très utile dans laquelle les électrons gravitent autour du noyau (protons + neutrons) sur des orbites circulaires, comme des planètes. Nous nous appuierons principalement sur cette théorie ici.

Avant Bohr, il existait de nombreuses idées sur la structure atomique, comme le modèle du "plum pudding" (Thomson). D'autres pensaient que les atomes se comportaient exactement comme des planètes (Larmor). Ces idées ont été réfutées, tout comme le modèle de Bohr, qui est correct à 100 % pour l'hydrogène, mais échoue pour tout le reste.


Aujourd'hui, nous croyons que les chats peuvent être vivants et morts en même temps, que les électrons sont des ondes et des particules, selon ce qui nous est le plus utile, et que si tu essaies suffisamment longtemps, tu peux lancer une balle de tennis à travers un mur sans en casser aucune.

La théorie de l'électrodynamique quantique décrit la nature comme absurde du point de vue du bon sens. Et elle est en parfait accord avec l'expérience. J'espère donc que vous accepterez la nature telle qu'elle est : absurde". Richard Feynman

Schéma d'un atome

L'organisation spécifique et le nombre des 3 petites particules dans un atome (à nouveau, les protons, les neutrons et les électrons) lui confèrent des propriétés chimiques uniques. Les protons et les neutrons (rouge et bleu dans l'image ci-dessous) résident dans le minuscule noyau d'un atome, qui mesure environ 10-13 cm de diamètre. Les protons portent une charge positive et les neutrons n'ont pas de charge ; ils ont tous deux une masse comparable. Les électrons (en jaune dans l'image ci-dessous) portent une charge négative qui est égale à la charge positive provenant des protons. Ils ne résident pas dans le noyau mais gravitent autour de lui à une distance moyenne de 10-8 cm.

Composition d'un atome Structure de l'atome StudySmarterFig. 1- Composition d'un atome, commons.wikimedia

Un élément est caractérisé par le nombre de protons qu'il possède dans le noyau. Le nombre d'électrons et de protons est équilibré, ce qui indique que l'élément n'a pas de charge nette.

Si le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, on utilise le nom "atome". Si le nombre d'électrons et de protons n'est pas équilibré (c'est-à-dire que l'atome a une charge nette), nous utilisons le nom "ion". Les ions positifs sont appelés cations et les ions négatifs sont appelés anions.

Composition d'un atome A et Z

Imaginons que l'on vous demande de dessiner la structure atomique de l'oxygène. La première chose à faire est de chercher l'oxygène (O) dans le tableau périodique. L'oxygène est un élément du groupe 16. Il a un numéro atomique (Z) de 8 et un nombre de masse (A) de 16.

Le numéro atomique (Z) correspond au nombre de protons dans l'atome. Il nous indique à quel élément l'atome appartient.

Le nombre de masse (A) est le nombre total de protons et de neutrons dans l'atome.

  • Nombre de neutrons = A - Z

Composition atome oxygène

L'oxygène 16 possède 8 protons, 8 neutrons et 8 électrons. En sachant cela, nous pouvons dessiner sa structure atomique !

Prenons un exemple !

L'oxygène a un numéro de masse de 16 et un numéro atomique de 8. Dessine sa structure atomique.

Commençons par trouver le nombre de protons, de neutrons et d'électrons.

  • Numéro atomique = nombre de protons = 8
  • Nombre de protons = nombre d'électrons = 8
  • Nombre de neutrons = Nombre de masse - Nombre atomique = 16 - 8 = 8

Ainsi, notre structure atomique aura un noyau contenant 8 protons et 8 neutrons, et 8 électrons dans des couches.

Pour en savoir plus sur les enveloppes énergétiques, consulte la rubrique "Enveloppes, sous-enveloppes et orbitales des électrons" !

Maintenant que tu connais mieux les bases de la structure atomique, tu es prêt à poursuivre votre voyage dans le monde de la structure atomique !

Représentation symbolique d'un atome

Le symbole d'un élément s'écrit avec deux chiffres différents à gaucheComposition d'un atome représentation symbolique d'un atome, StudySmarter.

X est le symbole de l'élément.

Le chiffre du haut est le numéro de masse (A) qui correspond au nombre de nucléons (la somme du nombre total de protons et de neutrons).

En bas se trouve le numéro atomique (Z), qui correspond au nombre de protons pour un élément donné.

Prenons un exemple !

Atome de fer composition

L'atome de Fer (Fe) possède 26 protons et 30 neutrons dans son noyau.

Commençons par trouver le numéro atomique et le nombre de masse.

Z = nombre de protons = 26N = nombre de neutrons = 30

A = nombre de masse = nombre de nucléons = Z + N = 26 + 30 = 56

La représentation symbolique de l'atome de Fer est :

Composition d'un atome représentation symbolique de l'atome de Fer StudySmarter

Isotopes

Les neutrons peuvent varier en nombre dans le noyau d'un atome. Les atomes d'un même élément qui ont un nombre différent de neutrons sont appelés isotopes.

Propriétés atomiques

Les atomes possèdent de nombreuses propriétés uniques : électronégativité, masse atomique et énergie d'ionisation, pour n'en citer que quelques-unes. Tu trouveras des explications et des applications approfondies de ces propriétés au fur et à mesure de tes recherches. Elles sont au cœur de la chimie ! Mais pour l'instant, nous allons les comprendre à l'aide d'une visualisation utile et de quelques explications pour chaque propriété.

Electronégativité de Pauling

Plus ce chiffre est élevé, plus un atome souhaite avoir des électrons. Imagine une lutte à la corde entre deux atomes : Le plus fort peut tirer l'électron plus près. C'est la négativité électronique en quelques mots. C'est un nombre compris entre 0,7 et 4,0.

Énergie d'ionisation

Comme pour l'électronégativité, il s'agit d'une mesure de l'intensité avec laquelle il faut tirer pour enlever un électron d'un atome ou d'un ion. Cependant, ici, nous ne le plaçons pas sur un autre atome, nous le tirons simplement très loin, créant ainsi un ion et un "électron libre". Elle est mesurée en kJ/mol.

Affinité des électrons

L'inverse de l'énergie d'ionisation. Si tu donnes un électron à un atome, quelle quantité d'énergie peux-tu obtenir en échange ? Essaie d'imaginer ceci : Tu es un atome et je suis un vendeur d'électrons. Quelle est la difficulté de te convaincre d'acheter mon électron ? Si c'est facile, tu as une grande affinité pour les électrons ; si c'est difficile, tu es une faible affinité pour l'achat d'électrons. Mesurée en kJ/mol.

Rayon atomique

C'est une mesure de la taille de l'atome (noyau + enveloppe électronique) ; généralement 10-10 - 10-11 m.

Nombre d'électrons de valence

Il s'agit du nombre d'électrons de la couche électronique la plus externe ; ce nombre est très important pour la chimie. Ce nombre peut varier entre 1 (métaux alcalins) et 8 (gaz nobles). Il dépend de la structure de la couche ; voir Électrons de valence pour plus d'informations.

Masse atomique

Il s'agit de la masse au repos de l'atome exprimée en unités de masse atomique. Pour 99,9 % des applications, il s'agit du nombre de protons plus le nombre de neutrons.

De ces propriétés atomiques, on peut déduire différentes propriétés élémentaires comme la densité, la couleur, la dureté et le point d'ébullition. En outre, les éléments du même "groupe" du tableau périodique auront des propriétés similaires en raison de la similitude de leurs structures électroniques. C'est ainsi que le tableau périodique a été construit à l'origine ! Tout ce qui était similaire était placé dans le même groupe ou la même période.

Tu devras maintenant comprendre pourquoi les différents éléments ont des propriétés différentes, même s'ils sont tous constitués de protons, de neutrons et d'électrons.

Composition d'un atome : exemples

Composition atome : hydrogène

L'hydrogène existe sous forme de trois isotopes stables dans la nature, l'hydrogène 1 , l'hydrogène 2 ou deutérium et l'hydrogène 3 ou tritium.

Composition d'un atome isotopes de l'hydrogène, StudySmarter

  • L’hydrogène 1 possède un proton et aucun neutron.
  • L’hydrogène 2 ou deutérium possède un proton et un neutron.
  • L’hydrogène 3 ou tritium possède un proton et deux neutrons.

Atome de carbone : Composition

L'atome de Carbone (C) possède 6 protons et 6 neutrons dans son noyau.

Z est le numéro atomique = 6

N est le nombre de neutrons = 6

A = Z + N = 6 + 6 = 12.

Composition d'un atome représentation symbolique du carbone, StudySmarter

Composition d'un atome Points clés

  • Les atomes ont un nombre déterminé de protons et d'électrons. Cela définit leurs propriétés.
  • Les neutrons peuvent varier en fonction de l'isotope dont on parle, mais cela ne nous concerne pas vraiment.
  • En chimie, la structure est tout. Si tu connais la structure de l'atome, tu peux dire comment il va réagir.
  • Dans le tableau périodique, les atomes qui ont des propriétés similaires sont regroupés. C'est ainsi que le tableau a été formé.

References

  1. Fig.1 - Atom animation.gif by ԱննաԼյուբա is licenced by license

Questions fréquemment posées en Composition d'un atome

L'atome est composé   d'un noyau qui contient des  protons et des neutrons, et d'un nuage électronique qui est composé d'électrons. 

Les particules qui constituent un atome sont: les protons, les neutrons et les électrons. 

Pour calculer la composition d'un atome il suffira d'additionner le nombre de protons (Z) et le nombre de neutrons (N)  

Le numéro atomique Z est le nombre de protons contenus dans le noyau d'un atome. Le nombre de masse A est le nombre de nucléons (protons et neutrons) contenus dans le noyau d'un atome

Le proton est chargé positivement et l'électron négativement. 

Questionnaire final de Composition d'un atome

Question

Lesquels de ces éléments ne sont pas des particules subatomiques ?

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Réponse

Atomes

Montrer la question

Question

Lesquelles de ces propriétés sont des propriétés atomiques ?

Montrer la réponse

Réponse

Affinité des électrons

Montrer la question

Question

L'énergie d'ionisation vous montre à quel point il est difficile de retirer un électron d'un atome.

Montrer la réponse

Réponse

Vrai

Montrer la question

Question

Les atomes peuvent avoir jusqu'à 18 électrons de valence.

Montrer la réponse

Réponse

Vrai

Montrer la question

Question

Les rayons atomiques sont de l'ordre de

Montrer la réponse

Réponse

10-10-10-11 m


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Question

La mole est une propriété atomique

Montrer la réponse

Réponse

Vrai

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Question

L'énergie que l'on obtient en ajoutant un électron à un atome est appelée

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Réponse

Affinité des électrons

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Question

Lesquels de ces modèles/théories atomiques sont réels ?

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Réponse

Mécanique ondulatoire/Mécanique quantique

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Question

Lesquels de ces éléments sont les blocs de construction des atomes ?

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Réponse

protons

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Question

Le nombre d'électrons est une propriété atomique importante.

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Réponse

Vrai

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Question

Le nombre d'électrons de valence est très important pour la chimie.

Montrer la réponse

Réponse

Peut-être


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Question

Quelle est l'électronégativité de Pauling la plus élevée possible ?

Montrer la réponse

Réponse

4.0


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Question

Quelle est l'électronégativité de Pauling la plus faible possible ?

Montrer la réponse

Réponse

4.0

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Question

Les ions positifs sont formés lorsque ...................... sont retirés d'un atome.

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Réponse

les neutrons

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Question

Dans le modèle de Bohr, les électrons se déplacent sur

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Réponse

Orbites circulaires

Montrer la question

Question

En grec, Atomos signifie 

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Réponse

inintéressant

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Question

Que sont les particules élémentaires ?

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Réponse

Noyau

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Question

Qu'est-ce qu'une particule subatomique ?


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Réponse

La particule qui se trouve à l'intérieur d'un atome et dont la taille est inférieure à celle de l'atome est une particule subatomique.

Montrer la question

Question

Lesquels des éléments suivants sont des particules subatomiques ?

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Réponse

Nucléons

Montrer la question

Question

Parmi les particules subatomiques suivantes, lesquelles sont appelées Nucléons ?


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Réponse

Neutrons et électrons

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Question

Qui a inventé le proton ? Sur la base de quelle expérience le proton a-t-il été inventé ?

Montrer la réponse

Réponse

Expérience de Rutherford sur les rayons cathodiques

Montrer la question

Question

La masse d'un électron est de 


9.109 x 10-31kg

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Réponse

Vrai

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Question

Dans un atome neutre, à quoi correspond le numéro atomique ?

Montrer la réponse

Réponse

Le nombre de protons ou d'électrons dans un atome neutre est égal au numéro atomique.

Montrer la question

Question

Quels sont les symboles du numéro atomique et du numéro de masse ?

Montrer la réponse

Réponse

Numéro atomique - A


Numéro de masse - M

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Question

Qu'est-ce que le nombre de masse ?

Montrer la réponse

Réponse

Masses du nombre de protons et de neutrons

Montrer la question

Question

Quelle est la formule permettant de déterminer le nombre de neutrons ?

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Réponse

Nombre de masse(A) - Nombre de protons

Montrer la question

Question

..............est la particule subatomique chargée négativement .

Montrer la réponse

Réponse

Électron

Montrer la question

Question

---------- est la particule subatomique électriquement neutre.

Montrer la réponse

Réponse

Neutron

Montrer la question

Question

Lequel des éléments suivants est une particule subatomique chargée positivement ?


Montrer la réponse

Réponse

Proton

Montrer la question

Question

La masse du proton est ----------- fois plus grande que la masse de l'électron

Montrer la réponse

Réponse

1835 fois

Montrer la question

Question

Combien de particules élémentaires y a-t-il ?

Montrer la réponse

Réponse

Dans le modèle standard, il y a actuellement dix-sept particules.


Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'un hadron ?

Montrer la réponse

Réponse

Les hadrons sont les particules qui composent le noyau de l'atome.

Montrer la question

Question

De quoi sont composés les hadrons ?

Montrer la réponse

Réponse

Ils sont composés de quarks.

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'un lepton ?

Montrer la réponse

Réponse

Les leptons sont des particules qui sont affectées par la force nucléaire faible.

Montrer la question

Question

Nomme deux quarks.

Montrer la réponse

Réponse

Quark up et quark down.

Montrer la question

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